Medios de Transmisión ( a Com1 en 2025)

1. Medios Guiados.

• En medios guiados el medio de transmisión establecen los limites en la transmisión.

• En medios No guiados el transmisor determina la característica de la transmisión.

• Señales omnidireccionales y direccionales
  

1.1. Factores

• Generalmente a mayor Ancho de Banda superior es el data rate.

• La atenuación y las interferencias limitan el alcance de los medios

• Los medios producen atenuación y distorsión

2. UTP

.

2.1. Construcción

El par trenzado consiste en dos cables de cobre embutidos en un aislante, entrecruzados en forma de bucle espiral.

Cada par de cables constituye un enlace de comunicación. Normalmente, varios pares se encapsulan conjuntamente mediante una envoltura protectora. En el caso de largas distancias, la envoltura puede contener cientos de pares, estos últimos se suelen ven en los ramales de Telefonía.

 Figura 1

Trenzado

El uso del trenzado tiende a reducir las interferencias electromagnéticas y diafonía entre los pares adyacentes dentro de una misma envoltura.
Para este fin, los pares adyacentes dentro de una misma envoltura se trenzan con pasos de torsión diferentes.

Cada par( entiéndase par de colores ) tiene un paso de torsión distinto. 

 Figura 2

En enlaces de larga distancia, la longitud del trenzado varía entre 5 cm y 15 cm.

Los conductores que forman el par tienen un grosor que varía entre 0,4 mm y 0,9 mm.

 Figura 3

Variantes de UTP

Hay dos variantes de pares trenzados: apantallados y sin apantallar.

En telefonía, el par trenzado no apantallado (UTP, Unshielded Twisted Pair) es el cable más habitual. Es práctica común la preinstalación de par trenzado no apantallado en edificios, aunque normalmente se dimensiona muy por encima de lo que verdaderamente se necesita para el servicio de telefonía, en realidad si no hay limitaciones económicas veremos que se usa un solo cableado asumiendo que es para red Lan.

Este medio se caracteriza por su gran susceptibilidad a las interferencias y al ruido, debido a su fácil acoplamiento con campos electromagnéticos externos. Así, por ejemplo, un cable conductor situado en paralelo con una línea de potencia que conduzca corriente alterna captará energía con una frecuencia de 50 Hz.

El ruido impulsivo también afecta a los pares trenzados. Para reducir estos efectos negativos es posible tomar algunas medidas. Por ejemplo, el apantallamiento del cable con una malla metálica reduce las interferencias externas. El trenzado en los cables reduce las interferencias de baja frecuencia y el uso de distintos pasos de torsión entre los pares adyacentes reduce la diafonía.
En sistemas con señalización analógica punto a punto, un par trenzado puede ofrecer hasta 1 MHz de ancho de banda, lo que permite transportar un buen número canales de voz. En el caso de señalización digital punto a punto de larga distancia, se pueden conseguir del orden de unos pocos Mbps; para distancias cortas, ya hay disponibles productos comerciales que proporcionan 1 Gbps

 Figura 4

“Unshielded Twisted Pair” : cable de par trenzado sin blindaje.

“Foiled Twisted Pair” : cable de par trenzado apantallado.

Shielded twisted pair” : par trenzado blindado individual

“Screened Shielded Twisted Pair” : cable de pares trenzados laminado blindado individual.

Screened Foiled Twisted Pair” : cable laminado apantallado individual.

Metraje en Vaina.

 Figura 5

Cable Interior en Caja.

Con sistemas práctico de expendedor de cable. Generalmente 305mts.

 Figura 6

Cable exterior en Bobina.

 Figura 7

Uso de UTP.

Dependiendo de la Categoría del UTP se usan en varias áreas.

Voz

Los sistemas telefónicos utilizan cable UTP categoría 1. Este tipo de cable puede transmitir una señal de voz analógica, pero no puede enviar directamente los datos digitales. Mientras las conexiones RDSI y DSL de Internet pueden hacer uso de la infraestructura del cableado telefónico existente, el envío y recepción de datos a través de este tipo de cable requiere un módem.

Redes

El uso más extendido del cable UTP está dentro del campo de las redes informáticas. A pesar de que en algún momento fue considerado lento, permite mejoras tecnológicas con tasas de transferencia de datos mucho mayores hoy en día. Las nuevas categorías de cable UTP pueden transmitir datos tan rápidamente como a 10.000 megabits por segundo (Mbps).

Debido a sus velocidades de transferencia más lentas, los cables UTP de las categorías 2, 3 y 4 rara vez se utilizan para las redes modernas. Estos tipos de cable UTP sólo podían enviar datos a una velocidad de 4 a 16 Mbps. 

Los cables UTP de categoría 5 a 7 se encuentran generalmente en las redes Ethernet modernas, siendo los más comunes los cables de categoría 5 o 5e.

Video y Audio

Los cables UTP de categorías 3, 5, 5e y 6 también se pueden utilizar para transmitir audio y video como una alternativa rentable al cable coaxial que se utiliza a menudo para la radiodifusión.

A pesar de que las señales de video y audio pueden ser fácilmente enviadas a través de redes Ethernet estándar, ambos tipos de medios de comunicación son de ancho de banda intensivo. Para evitar estos problemas de latencia, los sistemas están diseñados para utilizar cable UTP junto a un transmisor de vídeo especial y simetrizadores. Este tipo de instalación también se puede utilizar con cámaras de seguridad de circuito cerrado.

Otros usos

Una tecnología  llamada Power over Ethernet (PoE),  potencia el uso de este medio ya que no solo transmitir datos, sino también establecer una corriente eléctrica de bajo voltaje a través de los cables UTP de categorías 3, 5, 5e y 6. Los dispositivos que aprovechan esta norma en desarrollo, como los teléfonos VoIP,  puntos de máquinas de servicio y puntos de acceso inalámbricos, en el mercado.

2.2. Categorías

Los estándares 568-C identifican una serie de categorías de cableado y asociados componentes que se pueden utilizar para la distribución de datos en las instalaciones.

Un estándar superpuesto, emitido conjuntamente por la Organización Internacional de Normalización  y la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), conocida como ISO / IEC 11801, segunda edición, identifica una serie de clases de cableado y componentes asociados. componentes, que corresponden a las categorías 568-C.
La Tabla 4.2 resume las características clave de las diversas categorías y clases.

Obtenido de Wiki, tenemos los usos frecuentes.

Resumiendo:

Near-end crosstalk (NEXT) loss

La interferencia por  diafonía de extremo cercano (NEXT) que se aplica a los sistemas de cableado de par trenzado es el acoplamiento de la señal de un par de conductores a otro par.

El final cercano se refiere al acoplamiento que tiene lugar cuando la señal de transmisión que ingresa al enlace se acopla de vuelta al par de conductores de recepción en el mismo extremo del enlace (es decir, el extremo cercano la señal transmitida es captada por el par de recepción cercana).

2.3. Instalaciones

La Asociación de Industrias publicó el estándar ANSI / EIA / TIA-568,  Estándar Comercial de cableado de telecomunicaciones para edificios en 1991 , que especificaba el uso de y cableado UTP y F/ UTP de grado de datos para aplicaciones de datos en edificios. A eso tiempo, se consideró que la especificación era adecuada para el rango de frecuencias y datos tarifas encontradas en entornos de oficina.

Con continuos avances en cables y conexiones para proporcionar soporte para velocidades de datos más altas utilizando cables y conexiones de mayor calidad se publica en 2009 una nueva versión  ANSI.

• ANSI/TIA-568-C.0 Generic Telecommunications Cabling for Customer Premises. Este estándar especifica de manera general los requerimientos de un sistema de cableado de telecomunicaciones para edificios comerciales.
• ANSI/TIA-568-C.1 Commercial Building Telecommunications Cabling Standard: Estándar que especifica los sistemas de cableado de telecomunicaciones para edificios y estipula directrices que pueden ser usadas en el diseño de productos para empresas comerciales.
  •  "Espacio del edificio en donde los ocupantes interaccionan con equipo terminal de telecomunicaciones. “
• ANSI/TIA-568-C.2. Balanced Twisted-PairTelecommunications Cabling and Components Standard. Estandard que crea y estipula directrices generales de los componentes de un sistema de telecomunicaciones, con base en medios de transmisión de pares trenzados.
• EIA/TIA 568 C-3 Optical Fiber Cabling Components Standard. Este estándar especifica los requerimientos mínimos para los componentes de fibra óptica usados en componentes como cable, hardware de conexión, patch cords y equipos de prueba en campo.

 Figura 1

2.4. Cableado Esctructurado

Cuando hablamos del cableado estructurado nos referimos a un sistema de conectores, cables, dispositivos y canalizaciones que forman la infraestructura que implanta una red de área local en un edificio o recinto, y su función es transportar señales desde distintos emisores hasta los receptores correspondientes.

Su estructura contiene una combinación de cables de par trenzado protegidos o no protegidos (STP y UTP por sus siglas en inglés, respectivamente), y en algunas ocasiones de fibras ópticas y cables coaxiales.

Sus elementos principales son

• cableado horizontal
• cableado vertical
• Sala de telecomunicaciones. 

Este es el encargado de llevar la información desde el distribuidor de piso hasta los usuarios.  La norma EIA/TIA 568A lo define como “la porción del sistema de cableado de telecomunicaciones que se extiende del área de trabajo al cuarto de telecomunicaciones”.

El cableado horizontal posee un núcleo sólido normalmente hecho de cobre, por lo tanto, se deberá evitar que este se tuerza y deberá estar ubicados detrás de muros para no tener contacto con él.

Cableado horizontal

El Cableado Horizontal incluye:

• Cables horizontales.

• Tomas/conectores de telecomunicaciones en el área de trabajo.

• Terminación mecánica.

• Interconexiones horizontales localizadas en el cuarto de telecomunicaciones.

Cableado vertical

El cableado vertical, también conocido como backbone o cableado troncal, es el encargado de crear interconexiones entre los cuartos de equipo, cuartos de entrada de servicios y cuartos de telecomunicaciones.

Este está conformado por cables verticales, conexiones cruzadas principales e intermedias, terminaciones mecánicas y cordones de parcheo para conexiones cruzadas.

Sala de telecomunicaciones

Consiste en el área física destinada exclusivamente para el alojamiento de los elementos que conforman el sistema de telecomunicaciones. En este cuarto se encuentran conmutadores y todos los elementos centralizados que corren a través de tramos horizontales hasta el área de trabajo.

Entre las características más representativas del cuarto de telecomunicaciones se destacan:

• Una altura mínima recomendada es de 2.6 metros.

• Si posee equipos activos, su temperatura ambiente debe encontrarse entre 18 y 24 °C y la humedad entre 30% y 50%. De lo contrario, la temperatura debe estar entre 10 y 35 °C y la humedad inferior a 85%.

• Debe contener un mínimo de dos tomas corrientes AC de 110 V y 15 A con circuitos independientes.

• Debe encontrarse en un lugar sin riesgo de inundación o en contacto con agua. En caso de haber riesgo de ingreso de agua, se debe proporcionar drenaje de piso.

• No puede compartir espacio con instalaciones eléctricas que no estén relacionadas con las telecomunicaciones.

2.5. Componentes del Cableado Estructurado

Los estándares ANSI/TIA recomiendan terminaciones tipo IDC para estos conductores (Insulation Displacement Contact / Conexión por Desplazamiento del Aislamiento) Las terminaciones tipo IDC garantizan una terminación confiable desde el punto de vista mecánico, al tiempo que aseguran un excelente desempeño eléctrico.

Solo a modo de comentario mencionamos algunos de los elementos a los que se refiere el estándar.

Jack Modular de 8 posiciones.

Jack de telecomunicaciones de ocho posiciones, con apariencia externa similar a los anteriores conectores telefónicos conocidos como "RJ-11". A pesar de tener la misma apariencia, los conectores modulares utilizados en sistemas de cableado estructurado deben cumplir con especificaciones  técnicas mucho más estrictas. 

ANSI/TIA 568C.1 - 4.5: "Un mínimo de dos salidas/conectores de telecomunicaciones deben ser provistos para cada área de trabajo individual…. Una de las salidas de telecomunicaciones puede ser asociada con voz y la otra con datos..

Figura 1

En la figura 1 se muestra un Jack RJ45 y un módulo para montar sobre pared, también hay otros que son para ubicar en cajas embutidas de 5 x10. Estas cajas tienen accesorios que permiten indicar si es para voz ( teléfono) , datos ( red) , etc.

Patch Panel en Distribuidor

En el extremo opuesto iría lo que se conoce como Patchera o Patch panel.

  Figura 2

2.6. Cableado Horizontal 1

2.7. Cableado Horizontal 2

2.8. Cableado Vertical

2.9. Sala de Telecomunicaciones.

Piso Técnico, Racks de x Unidades, Patch Panel, Patch cord, Pig Tail, Servidores de Rack, UPS rackeable, Bandejas

2 Figura 1

En la figura 1, se puede observar lo que se conoce como "Piso Técnico", que es un sistema constituido por elementos modulares apoyados sin fijación en una estructura de soporte, que busca obtener bajo la superficie un espacio intermedio que aloje servicios e instalaciones eléctricas y/o cableado estructurado, este permite poner bandejas que llevan por debajo del piso a los Racks/Servidores el cableado.

 Figura 2

El ancho estándar de los Racks es de 19". Las especificaciones horizontales se pasan en Unidades. Una unidad tiene 1,75 pulgadas (4,445 cm) de alto. También existen de 23".

Dentro del Rack van los equipos ubicados de manera horizontal, y pueden ocupar 1,2, 4 unidades por ejemplo .

  Figura 3

Servidor Lenovo Rackeable de 1 Unidad, se pueden ver los discos 8 Hot Swap,  conectores UBS y Salida VGA.

Switchs Rackeables.

 Figura 4

Figura 4 , Switch Rackeable 1 Unidad 24 ports Ethernet  y otros para Backbone.

UPS Rackeable

Figura 5, UPS rackeable de 1 Unidad

 Figura 6 

Figura 6, Patchera de 24 puertos , 1 Unidad.

 Figura 7

Figura 7 Patch Panel de Interonexión de Fibras, con conectores SC.

 Figura 8

2.10. Google Data Center 360° Tour

2.11. Catálogo de Productos de Cableado Estructurado

Catálogo de Commscope

2.12. Epuyen

Haga clic en el enlace Link a Epuyen para abrir el recurso.

2.13. 3M

Link a cables 3M

3. Cable Coaxial

Coaxial de banda base

• Compuesto por dos conductores concéntricos.

• Menos susceptible a interferencias y a crosstalk que el par trenzado.

• Se utiliza para transmisiones digitales (Cada vez menos)
  

•  Canal único, con propagación bidireccional.

• 10 Mbps en menos de 1 Km.

• Se usan en LAN y en telefonía de larga distancia( Ya nos se usa)

• Solo sirve para Voz y Datos

3.1. Características

El cable coaxial, como el par trenzado, consta de dos conductores, pero está construido de manera diferente para permitirle operar en un rango más amplio de frecuencias. 

Consiste en un conductor cilíndrico exterior hueco que rodea un único interior conductor de alambre.

El conductor interno se mantiene en su lugar mediante anillos aislantes muy espaciados o un material dieléctrico sólido. El conductor exterior es cubierto con una chaqueta o escudo. Un solo cable coaxial tiene un diámetro de 1 a 2,5 cm. El cable coaxial se puede utilizar en distancias más largas y admite más estaciones
en una línea compartida que un par trenzado.

Aplicaciones

El cable coaxial es un medio de transmisión versátil, utilizado en una amplia variedad de aplicaciones. Los más importantes son:

• Distribución de televisión
• Transmisión telefónica de larga distancia  Ya no se usa
• Enlaces a sistemas informáticos de corta duración Ya no se usa
• Redes de área local Ya no se usa...

El cable coaxial se usa ampliamente como un medio para distribuir señales de TV a hogares.

Desde sus modestos inicios como Community Antenna Television (CATV), diseñado para brindar servicio a áreas remotas, la televisión por cable llega casi a muchos hogares y oficinas como lo hizo  el teléfono.

Un sistema de televisión por cable puede transportar docenas o incluso cientos de canales de televisión a distancias de hasta unas pocas decenas de kilómetros. 
El cable coaxial ha sido tradicionalmente una parte importante de la larga distancia red telefónica. En la actualidad, se enfrenta a una competencia cada vez mayor de la fibra óptica, microondas terrestre y satélite. Utilizando multiplexación por división de frecuencia (FDM) un cable coaxial puede transportar más de 10,000 canales de voz simultáneamente.
El cable coaxial también se usa comúnmente para conexiones de corto alcance entre dispositivos.

Mediante señalización digital, se puede utilizar un cable coaxial para proporcionar E/S de alta velocidad canales en sistemas informáticos.

4. Fibra Óptica

.

4.1. Características y Aplicaciones

Las siguientes características distinguen la fibra óptica del par trenzado o cable coaxial.

• Mayor Capacidad
• Menor tamaño y peso
• Menor atenuación
• Aislación Electromagnética
• Mayor espacio entre repetidores.

Campos de Aplicaciones.

• Tendidos de largas distancias entre países , tendidos Submarinos
• Tendidos entre Áreas Metropolitanas.
• Tendidos de Áreas Rurales.
• Bucles de Abonados
• Redes de Áreas Locales

La mayoría de las imágenes publicadas en la presentación pertenecen a:

Stallings, William.Data and computer communications/William Stallings.—Tenth edition

4.2. Composición Física

La fibra óptica permite la transmisión de señales luminosas y es insensible a interferencias electromagnéticas externas. Cuando la señccal supera frecuencias de 10¹⁰ Hz hablamos de frecuencias ópticas.

Los medios conductores metálicos son incapaces de soportar estas frecuencias tan elevadas y son necesarios medios de transmisión ópticos.

Composición de un sistema de comunicación basado en fibra óptica:

Descripción Física.

La composición del cable de fibra óptica consta de un núcleo, un revestimiento y una cubierta externa protectora. El núcleo es el conductor de la señal luminosa y su atenuación es despreciable. La señal es conducida por el interior de éste núcleo fibroso sin poder escapar de él debido a las reflexiones
internas y totales que se producen, impidiendo tanto el escape de energía hacia el exterior como la adicción de nuevas señales externas.

Los 3 componentes de la fibra óptica son:

1. El núcleo óptico (core). Es la parte mas interna de la fibra (n1) y donde se propagan las ondas ópticas. Posee un alto índice de refracción y está realizado en sílice, cuarzo fundido o plástico. La señal es conducida por el interior de éste núcleo sin poder escapar de él debido a las reflexiones
internas y totales que se producen, impidiendo tanto el escape de energía hacia el exterior como la adicción de nuevas señales externas.
Su atenuación es despreciable.

• fibra monomodo diámetro: 8,1 μm  
• fibra multimodo  diámetro:  50 μm o 62,5 μm (6 o mas veces mas grande que la monomodo!)

2.La funda óptica (Cladding), recubrimiento o capa intermedia (n2). Sirve para confinar las ondas ópticas en el núcleo. Generalmente de los mismos materiales que el núcleo pero con aditivos que le otorgan un índice de refracción ligeramente mayor.

3. El revestimiento de protección (coating), primera protección o revestimiento. Es una envoltura generalmente de plástico que aísla las fibras y evita que se produzcan interferencias entre fibras adyacentes, a la vez que le proporciona protección mecánica.

Las fibras se especifican indicando el diámetro de la fibra interior y exterior; las fibras multimodo típicas son de 50/100 y 62,5/125 micras (que significa diámetro interior de 62.5 y exterior de 125 micras); a título comparativo diremos que un cabello humano tiene un diámetro de 80 a 100 micras.

4.3. Principios Físicos.

Transmisión en la fibra.

La luz inyectada en el núcleo se va reflejando en el interface ( limite entre los medios) formado por el núcleo y el recubrimiento siempre que n1>n2.
Si el ángulo de incidencia es mayor que el crítico, la luz se propaga por el interior del núcleo. Si por el contrario es menor, atraviesa el Cladding y se pierde. El fenómeno de la dispersión. Limita el ancho de banda.

Ley de Snell.

La ley de Snell se usa en óptica de rayos para calcular los ángulos de refracción y de reflexión de los rayos de luz que inciden en una superficie. Para que tengamos una idea , es como tirar una bola de billar contra una banda,  o un espejo donde la luz se refleja , es decir en ambos casos rebota con determinado ángulo.
Así pues, supongamos dos medios diferentes, caracterizados por un índice de refracción (n1 y n2) .

Este índice es dependiente del medio, osea, que es característico para cada medio.
Cuando un rayo de luz se encuentra con un medio diferente al medio por el cual se está propagando pasan 2 cosas. Si se topa con un medio por el que puede pasar, parte del rayo se desvía (refracción) y parte de el rebota (reflexión).

 Figura 1

El propósito en Fibra óptica es que el Rayo NO atraviese la interface n1-n2,  de esa manera el rayo será totalmente reflejado y no debería existir perdidas y tendremos reflexión total.

¿Que puedo hacer para que no existe reflexión total? ¿ Que puedo modificar?

En una fibra la reflexión se vería de la siguiente manera:

 Figura 2

Vemos que el haz de luz queda confinado al core.. es lo que queremos.

Apertura Numérica (NA)

La Apertura Numérica define que rayos van a ser propagados y cuales no.

Clave es la apertura numérica de una fibra óptica que es el parámetro que define el
ángulo crítico para que la luz se propague a través de la fibra óptica. Este parámetro esta
intimamente realcionado con los diámetros del núcleo y el revestimiento; cuanto mas
grandes sean estos, mayor será la apertura numérica y resultará mas fácil el acoplamiento de dos segmentos de fibra óptica o de esta con los dispositivos emisor y receptor. Sin embargo, creceran a la vez las pérdidas en la propagación de la luz

La apertura numérica (AN) de una fibra óptica define el ángulo máximo con el que la luz puede entrar en la fibra y ser guiada correctamente. En la entrada de la fibra, se forma un cono de aceptación. Los rayos de luz que caen dentro de este cono se propagan a través de la fibra, mientras que los rayos fuera del cono no son capturados.
Una mayor apertura numérica permite inyectar más luz en la fibra. Sin embargo, una mayor apertura numérica también puede aumentar la dispersión modal, ya que más modos de propagación se excitan dentro de la fibra, lo que puede provocar que los pulsos de luz se ensanchen durante la transmisión.
 Figura 3

4.4. Atenuación y Ventana

Atenuación

Es un parámetro que nos da indicación de la potencia luminosa que se pierde a lo largo de la fibra debida a:

• Difusión de la luz.
• Deformaciones mecánicas del silicio.
• Absorción de luz por la propia fibra.

Unidad de Atenuación :  dB/Km (Es la unidad de medida del coeficiente de atenuación en la fibra óptica)

Ventanas de transmisión

Definición de ventanas: Son longitudes de onda con una atenuación extremadamente reducida o lineal.

Primera ventana: 850nm (Led, cortas distancias y multimodo).
Segunda ventana: 1310nm (Láser, distancias medias y multimodo/monomodo)
Tercera ventana: 1550 nm (Láser, largas distancias y monomodo)
Cuarta ventana: 1625 nm (Láser y monomodo. En fase de pruebas)

 Figura 1

Perturbaciones:

1) Existe una dispersión conocida como dispersión de  Rayleigh: Este efecto se produce a lo largo de toda la fibra óptica (niveles de potencia muy pequeños) como resultado de fluctuaciones microscópicas del índice de refracción (intrínseco)

2) Las irregularidades en la estructura (Birrefringencia se define como la diferencia entre los índices de refracción) de la fibra óptica crea un eje de propagación “rápido” y uno “lento”. Por lo tanto la luz polarizada (elíptica, circular o lineal) viajara a mayor velocidad en el eje “rápido” que en el lento.

3) Dispersión cromática. Este efecto produce que las diferentes longitudes de onda viajen a
diferentes velocidades por el núcleo de la fibra. Esto se debe a que las fuentes de luz no son monocromáticas (una sola longitud de onda), existen unos compensadores para este tipo de perturbación.

4.5. Características de Transmisión

La estructura general de una fibra enlace óptico, que consta de un transmisor en un extremo de una fibra y un receptor en
el otro extremo. La mayoría de los sistemas funcionan transmitiendo en una dirección en una fibra
y en la dirección inversa en otra fibra para operación full duplex. Hoy en día eso está cambiando, con una sola Fibra se transmite y se recibe usando diferente ventanas. El transmisor  toma como entrada una señal eléctrica digital. Esta señal se alimenta a un LED o láser  fuente de luz a través de una interfaz electrónica.

La fuente de luz produce una serie de  pulsos de onda de luz que codifican los datos digitales de la entrada eléctrica.

El receptor incluye un sensor de luz que detecta la señal de luz entrante y la convierte de nuevo a una señal eléctrica digital.

 Figura 1

Veamos algunas imágenes de transceivers o transductores.

  Figura 2

4.6. Tipos de Fibras

Tipos de fibra. Fibra monomodo y multimodo
La luz ambiental es una mezcla de señales de muchas frecuencias distintas, por lo tanto no es una buena fuente para ser utilizada en la transmisión de datos, para este envío de información se requieren medios mas especializados como los siguientes:

1. Fuentes láser: Es una fuente luminosa de alta coherencia que produce luz de una única frecuencia y toda la emisión se produce en fase.
2. Diodos láser: Son una fuente semiconductora de emisión de láser de bajo precio.
3. Diodos LED (Light-Emitting Diode): Son semiconductores que producen luz normal no coherente cuando son  excitados eléctricamente.

Teniendo en cuenta lo anterior existen básicamente dos sistemas de transmisión de datos por fibras ópticas: los que utilizan diodos láser y los que utilizan LEDs.
En los sistemas que utilizan luz láser la transmisión de un pulso de luz (equivalente a un bit) genera un único rayo de luz coherente.

Se dice que la luz se transmite en un sólo modo, por lo que a la fibra que se utiliza se le denomina monomodo.
En los sistemas que utilizan LEDs la transmisión de un pulso de luz genera múltiples rayos de luz, pues se trata de luz normal no coherente; se dice que cada uno de estos rayos tiene un modo y a la fibra que se utiliza para transmitir luz de emisores LED se la denomina fibra multimodo.
Desde otro punto de vista, uno de los parámetros más característicos de las fibras es su relación entre los índices de refracción del núcleo y de la cubierta, que depende también del radio del núcleo y que se denomina frecuencia fundamental o normalizada; también se conoce como apertura numérica y es adimensional. Según el valor de este parámetro se pueden clasificar los cables de fibra óptica las dos clases antes comentadas, monomodo y multimodo.
Considerándo lo anterior actualmente se utilizan tres tipos de fibras ópticas para la transmisión de datos:

Figura 1

La figura 1 muestra el principio de transmisión por fibra óptica. Luz de una fuente entra en el núcleo de vidrio o plástico cilíndrico.

a) Los rayos en ángulos poco profundos se reflejan y propagado a lo largo de la fibra; otros rayos son absorbidos por el material circundante. Esta forma de propagación se llama multimodo de índice de pasos, refiriéndose a la variedad de ángulos que reflejan. Con la transmisión multimodo, existen múltiples rutas de propagación, cada uno con una longitud de trayectoria diferente y, por tanto, tiempo para atravesar la fibra. Esto causa elementos de señal (pulsos de luz) para extenderse en el tiempo, lo que limita la velocidad a la que los datos se pueden recibir con precisión. Dicho de otra manera, la necesidad de dejar un espacio entre los pulsos limitan la velocidad de datos. Este tipo de fibra es el más adecuado para la transmisión sobre muy distancias cortas.

c) Cuando se reduce el radio del núcleo de la fibra, se reflejarán menos ángulos. Por reducir el radio del núcleo al orden de una longitud de onda, solo un ángulo o modo puede pasar: el rayo axial. Esta propagación monomodo proporciona un rendimiento superior formalidad por la siguiente razón. Porque hay una única ruta de transmisión con transmisión monomodo, la distorsión encontrada en multimodo no puede ocurrir. Single Mode, se utiliza normalmente para aplicaciones de larga distancia, incluidos teléfono y cable. televisión.

b) Variando el índice de refracción del núcleo, un tercer tipo de es posible la transmisión, conocida como multimodo de índice gradual. Este tipo es intermedio entre las dos características anteriores.El índice de refracción más alto (discutido posteriormente) en el centro hace que los rayos de luz que se mueven hacia abajo del eje avancen más lentamente que los que están cerca del revestimiento. En lugar de zigzaguear del revestimiento, La luz en el núcleo se curva helicoidalmente debido al índice graduado, lo que reduce su recorrido. El camino acortado y la velocidad más alta permiten que la luz en la periferia llegue a un receptor aproximadamente al mismo tiempo que los rayos rectos en el eje central. La fibras de índice graduado a menudo se usan en las LAN.

 Figura 2

El LED es el mas económico, opera en un rango de temperatura mayor y tiene una vida útil más larga.

Los ILD (injection laser diode) ,  que opera según el principio del láser, es más eficiente y puede sostener una mayor tasas de transferencia de datos.

Existe una relación entre la longitud de onda empleada, el tipo de transmisión y la velocidad de datos alcanzable.

Tanto el modo único como el multimodo pueden admitir varias longitudes de onda de luz diferentes y puede emplear fuentes de luz láser o LED. En fibra óptica, basada en las características de atenuación del medio y en conexiones de fuentes de luz y receptores, cuatro ventanas de transmisión son apropiadas, como que se muestra en la  Figura 2 

Tenga en cuenta los enormes anchos de banda disponibles. Para las cuatro ventanas, el respectivo  Los anchos de banda positivos son 33, 12 y 7 THz. 1 Esto es varios órdenes de magnitud mayor
que el ancho de banda disponible en el espectro de radiofrecuencia. 

Un aspecto confuso de las cifras de atenuación informadas para la transmisión de fibra óptica es que, invariablemente, el rendimiento de la fibra óptica se especifica en términos de longitud de onda en lugar de frecuencia. Las longitudes de onda que aparecen en gráficos y tablas son las longitudes de onda correspondientes a la transmisión en el vacío.

Sin embargo, en la fibra, el la velocidad de propagación es menor que c, la velocidad de la luz en el vacío; el resultado es que aunque la frecuencia de la señal no cambia, la longitud de onda cambia.

(University Physics with Modern Physics, 14th ed, Young, Freedman, 2016)

4.7. Propiedades Cuánticas de la Luz

Las transiciones atómicas que emiten o absorben luz visible son generalmente transiciones  electrónicas, que se pueden describir en términos de saltos electrónicos entre niveles de energía atómica cuantizados.

 Figura 1

Emisión Estimulada

Si un electrón se encuentra ya en un estado excitado, (en un nivel de energía superior, en contraste con su nivel más bajo posible o "estado fundamental"), entonces, un fotón incidente con energía cuántica igual a la diferencia de energía entre el nivel actual del electrón y un nivel inferior, puede "estimular" una transición a ese nivel más bajo, produciendo un segundo fotón con la misma energía que el incidente. 

 Figura 2

Cuando una población considerable de electrones se encuentra en niveles superiores, esta condición se conoce como "inversión de población", y prepara el escenario para la emisión estimulada de múltiples fotones. Esta es la condición previa para la amplificación de la luz que se produce en un láser, y dado que los fotones emitidos tienen un tiempo definido y una relación de fase entre sí, la luz tiene un alto grado de coherencia

 Figura 3

Luz Coherente

La coherencia es una de las propiedades particulares de la luz del láser. Surge del proceso de emisión estimulada que proporciona la amplificación. Puesto que un estímulo común arranca el proceso de emisión que proporciona la luz amplificada, los fotones emitidos están "acompasados" y tienen una definida relación de fase unos con otros. Esta coherencia se describe en términos de coherencia temporal y coherencia espacial, las cuales son importantes para la producción de la interferencia que se usan en los hologramas.

 Figura 4

La idea es similar a cuando un padre hamaca a su hijo, hay un sincronismo que va haciendo que se el columpio o hamaca llegue cada vez mas alto.

Para poder emitir por estimulación, el material que se utiliza como base para generar luz Laser, deben estar en un estado excitado, para ello la sustancia es contínuamente “bombardeada” con una luz de mayor energía que la que emite el laser, de esa manera los electrones del material alcanzarán un estado “metaestable”.
El tiempo de vida de los electrones en estado exitado es muy corto 10^-9 s.
El tiempo del estado metaestable es de 10^-6 s. (mucho mayor que el tiempo de estado exitado)

Dado que buscamos que existen muchos electrones en el estado metaestable ( estado con mayor energía que el normal) se conoce esto como inversión de la población.

Partes de un Laser.

1) Fuente externa de radiación. Fuente de Luz , es de semiconductores o reacciones químicas.

2) Espejo. Refleja la Luz, alta reflectancia (cercana al 100%)
3) Semi Espejo: Este semi espejo permite escapar la Luz amplificada. Tanto este semiespejo como el espejo pueden conformar conjuntos planos, concéntricos, hemiesféricos, confocal, concavo-convexo.

4) Material constituyente del Laser:
Es el Material Excitable (Gaseoso: Helio,Argón Sólido: Rubí, Titanio, Zafiro), esta contenido dentro de la cavidad.
5) Cavidad del Laser:
Espacio entre Espejos. Contiene al Material estimulable. Su diseño y Dimensión son Fundamentales.

 Figura 5

Las emisiones espontáneas de un fotón en cualquier dirección, provocan una emisión estimulada , pero la cavidad y los espejos permittrán que SOLO las emisiones longitudinales que tengan un características específicas ( longitud de onda y fase) sean amplificadas y puedan escapar como luz laser.

4.8. Estructura ajustada

Estructura ajustada

En los cables de estructura o construcción ajustada (Tight Buffered) la funda plástica está directamente aplicada sobre la funda óptica. Este tipo de estructura refuerza mecánicamente la fibra y le da la flexibilidad necesaria para la fabricación de latiguillos o para la instalación de cables en el interior de los
inmuebles.

• Fibra de 250 μm con cubierta de 900 μm
• Sencillez de terminación con conectores ST/SC
• Más cara

Aplicaciones:

• Aplicaciones de interior.
• Interior/ex

 Figura 1

4.9. Estructura holgada

Estructura holgada
En los cables de estructura o construcción holgada (Loose Tube) se colocan una o más fibras libres en el interior de un tubo. Este tipo de fibra se utiliza sobre todo para las conexiones entre edificios.

• Fibra de 250 μm directamente en tubos, con y sin relleno de gel
• Más barata

Aplicaciones:

• Aplicaciones de Exterior
• Ambientes hostiles (Protección contra roedores, humedad ,  aplastamiento ...)
• Cables aéreos

4.10. Comparativa con Coaxial.

4.11. Videos

Elaboración de fibra óptica

Elaboración de fibra óptica industrial

Pulido de conector ST 

Tipos de fallas en los pulidos de conectores.

Soluciones para Fibras en Cableado Estructurado.

Pulido industrial de  Puntas conectorizadas.

Empalme mecánico.

Empalmes de Fusión

OTDR Reflectómetro óptico en el Dominio tiempo.

5. FTTH

La tecnología de telecomunicaciones FTTx (del inglés Fiber to the x) es un término genérico para designar cualquier acceso de banda ancha sobre fibra óptica que sustituya total o parcialmente el cobre del bucle de abonado.

En particular FTTH Fibra directo al hogar se verá mas en detalle cuando veamos las formas de distribuir Internet al Hogar como ADSL, xDSL.

6. Comparativa de Medios Guiados.

 Figura 1

Figura 2

7. Medios No Guiados

• Aire

• Vacío

• En medios No guiados el transmisor determina la característica de la transmisión.

• Señales omnidireccionales y direccionales

7.1. Bandas de Frecuencias

De 30 Mhz a 1 Ghz

• Omnidireccionales

• Radio

De 2 a 40 GHz

• Direccional

• Microondas

• Satélites

De 300 GHz a 200.000 GHz

• Infrarroja
  

7.2. Microonda terrestre

• Se utilizan antenas parabólicas.

• Tiene que haber visión directa entre antenas.

• A mayor altura de la antena mayor alcance.

• Perdidas por atenuación e interferencias

• Muy sensible a las malas condiciones atmosféricas.

• Permite transportar cientos de Mbps

7.3. Microonda Satélital 1

• No procesa información solo actúa como un repetidor-amplificador.

• Uno o más receptores-transmisores.

• Puede cubrir un amplio espectro terrestre.

• Espaciados a 4 grados (Hoy día menos).

• Banda Base (4 - 6 GHz).

• Banda Ku (12-14 GHz).

• Hay otras bandas mas nuevas

7.4. Microonda Satélital 2

• Banda Ka (20/30 GHz).

• Gran ancho de banda.

• Se transmite a la velocidad de la luz (300.000 km/s)

7.5. Órbitas

7.6. Basura Espacial

Representación de los elementos de más de 10 mm.

cantidad de objetos

en el 2007 hubo un aumento del 30% debido a los escombros resultantes de la destrucción de un satélite chino mediante un misil balístico (también chino)

7.7. Radio

• Omnidireccional.

• Inmune a los obstáculos a baja frecuencias.

• No requiere de antenas parabólicas

• Frecuencias desde 3kHz a 300 GHz

• Radio, TV y datos

• Ancho de banda relativamente bajo
  

7.8. GPS Global Positioning System

El sistema de posicionamiento global por Satélite, (Global Navigation Satellite System, GNSS) es una constelación de satélites que transmite rangos de señales utilizados para el posicionamiento y localización en cualquier parte del globo terrestre, ya sea en tierra, mar o aire.

En particular uno de ellos creado y operado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos,  fue el primero y mas conocido  (GPS) es un sistema de navegación basado en satélites.

Comenzado a principios de los ’80 este sistema fue declarado completamente operacional el 27 de Abril de 1995.
Completamente operacional significa que el sistema puede ser usado para determinar la posición de un receptor las 24 horas del día, en cualquier parte de la tierra. El sistema fue concebido originalmente como un auxiliar para la navegación para las fuerzas militares de los Estados Unidos, pero hoy en día el GPS sirve también para fines industriales, comerciales y civiles.
El servicio está disponible, en forma gratuita, las 24 horas del día y bajo cualquier condición meteorológica.

No podemos dejar de considerar la importancia Militar que fue el principal motivo que impulsó este sistema. Hoy en día el uso comercial creció al punto de estar presente en relojes de uso personal.

Hoy en día hay dos sistemas de Posicionamiento y otros con intensiones de implementarse.

GPS

NAVSTAR-GPS (NAVigation System and Ranging - Global Positioning System), conocido simplemente como GPS Sistema de Posicionamiento Global, de los Estados Unidos de América .

El sistema está formado por una constelación de 32 satélites que se mueven en órbita a 20.200 km aproximadamente, alrededor de seis planos con una inclinación de 55 grados. El número exacto de satélites varía en función de los satélites que se retiran cuando ha transcurrido su vida útil.

GLONASS

Sistema Orbital Mundial de Navegación por Satélite, de la Federación Rusa son los únicos que forman parte del concepto GNSS.

Tras la desmembración de la Unión Soviética y debido a la falta de recursos, el sistema perdió operatividad al no reemplazarse los satélites. En la actualidad la constelación GLONASS vuelve a estar operativa.

Galileo

Galileo es la iniciativa de la Unión Europea y la Agencia Espacial Europea, que acordaron desarrollar un sistema de radionavegación por satélite de última generación y de alcance mundial propio, que brindara un servicio de ubicación en el espacio preciso y garantizado, bajo control civil, 100 veces más preciso que los actuales sistemas.

Galileo comprende una constelación de 30 satélites (24 más 4 de reserva) divididos en tres órbitas circulares, a una altitud de aproximadamente 24000 km, que cubren toda la superficie del planeta. Estos estarán apoyados por una red mundial de estaciones terrestres. El primer satélite experimental fue lanzado el 28 de diciembre de 2005 y el 21 de abril de 2011 se lanzaron los dos primeros satélites del programa.1​ El sistema salió a producción el 15 de diciembre de 2012​ con alrededor de media constelación y se completó en 2020.

Funcionamiento

Sistema se compone de tres elementos:

• los satélites en órbita alrededor de la Tierra
• las estaciones terrestres de seguimiento y control
• los receptores del GPS propiedad de los usuarios.

Desde el espacio, los satélites del GPS transmiten señales que reciben e identifican los receptores del GPS; ellos, a su vez, proporcionan por separado sus coordenadas tridimensionales de latitud, longitud y altitud, así como la hora local precisa., vemos que esto tiene su cálculo.

Constelación de Satélites

Como se ha dicho el sistema G.P.S. emplea 24 satélites que orbitan sobre la superficie terrestre a 20.200 kilómetros de altitud, y que forman la constelación Navstar.

Los satélites se ubican sobre seis órbitas prácticamente circulares (excentricidad de 0’03).

En cada órbita se sitúan cuatro satélites con una separación de 90º entre cada uno de ellos.

Por tanto, siempre tendremos al menos 4 satélites a la vista para conocer nuestra posición.

Cada satélite da diariamente dos vueltas a la tierra (órbita semisíncrona). Las órbitas se sitúan formando un ángulo de 55º con el ecuador terrestre, y los planos orbitales se hallan separados 60º.

Con estas características la constelación de satélites forma una verdadera red que, a modo de ovillo de lana, envuelve a la tierra.

En cualquier punto de la tierra deben ser visibles (desde el punto de vista de sus señales), cinco satélites de forma simultánea, con lo que se asegura la cobertura en todo momento y lugar del globo

Códigos emitidos por los satélites y triangulación de señales

Cada satélite de la constelación emite dos tipos de códigos:

• Código Militar o Código PPS (Servicio de Posicionamiento Preciso) o Código P (Precision). No es utilizable por los receptores civiles. Usa dos frecuencias, una de 1.575’42 Hz y otra de 1.226’7 MHz, y proporciona la máxima precisión posible con fines exclusivamente militares.
• Código Civil o Código SPS (Servicio de Posicionamiento Estándar) o Código C/A (Código de adquisición ordinaria). Es la señal reservada a usos civiles. Usa una frecuencia de 1.575’42 MHz. Inicialmente este código llevaba implícito un error en el posicionamiento conocido con el nombre de Disponibilidad Selectiva o S.A., y que fue suprimido por el gobierno de los Estados Unidos en el año 2.000. 

7.9. Infrarrojo

• Usado en comunicación de corto alcance.

• Direccional y fácil de instalar

• No pasa a través de objetos sólidos

• Seguro y no necesita licenciarse.

• Circunscripto a un ambiente.

  • Control Remoto de TV.

  • Enlace entre Notebook  e Impresoras ( no se usa mas)
    

7.10. Tormenta Geomagnética

¿Qué es una tormenta geomagnética?

Es una importante Eyección de Masa Coronal (CME) que estalla desde la superficie del Sol y se dirige hacia a la Tierra. Esta masa ocasiona efectos que se sentirán en la atmósfera terrestre, la masa es un "chorro de protones".

Este fenómeno causa perturbaciones magnéticas y auroras boreales en prácticamente todo el planeta, dependiendo de la intensidad.

La Oficina Nacional de Administración Oceánica y Atmosférica de Estados Unidos (NOAA), por sus siglas en inglés explicó que la tormenta geomagnética del pasado 24/03/23 fue de nivel G2, considerado moderado.

Este fenómeno ya fue visto en nuestro planeta en 1859. La tormenta se calificó como el “evento meteorológico espacial más grande y famoso de los últimos doscientos años” tuvo lugar entre el 28 de agosto y el 3 de septiembre de dicho año.

Esta tormenta solar, la más intensa que se ha documentado en la historia reciente, se bautizó con el nombre de Evento Carrington. 

Horas después, la Tierra experimentó la exhibición de las auroras boreales más potentes de la historia, las cuales pudieron ser vistas en Cuba, Las Bahamas, Jamaica, Hawái, España y muchos lugares más.

7.11. Material Adicional

Este material adicional, puede ser de ayuda a los alumnos.

https://aulavirtual.fio.unam.edu.ar/mod/resource/view.php?id=70733